CN104422726B - 离子敏感传感器的离子敏感层结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
离子敏感传感器的离子敏感层结构及其制造方法。在用于制造离子敏感传感器的离子敏感结构的方法中，提供承载氧化物层的第一半导体衬底，然后，沉积和回火金属氧化物层和金属层，以获得在承载氧化物层的半导体衬底上的具有晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层的层序列。在这样的情况下，金属氧化物层和金属层具有兼容的金属元素，并且金属氧化物层的镀层厚度dMOX大于金属层的镀层厚度dMET。
Description
技术领域
本发明一般涉及一种离子敏感传感器及其制造，并且特别涉及一种离子敏感传感器的离子敏感多层金属氧化物结构，还涉及一种用于制造该结构的方法，其中，可应用为离子敏感传感器的是例如离子敏感场效应晶体管(ISFET)、离子敏感电容可读EIS传感器和LAPS传感器。
背景技术
具有电解质绝缘体半导体结构(EIS结构)特别是离子敏感场效应晶体管(ISFET)的离子敏感传感器，具有EIS结构的离子敏感电容或电容可读传感器或具有EIS结构的光操作的离子敏感LAPS传感器(LAPS＝光可寻址电位传感器)被应用于测量不同成分的溶液中的离子浓度或特定物质浓度和传导率。具有ISFET、EIS元件和LAPS元件的离子敏感传感器用于对浓度的连续检查的应用例如在环境监测、工业过程监测、食品工业和生物化学或医疗技术领域中存在。在这样的情况下，对于对应的离子敏感传感器，特别是期望呈现与可接受的采购价格相联系的传感器元件的尽可能小的长期漂移的尽可能精确的浓度配准(concentration registration)。
被用作各个EIS结构或EIS元件的半导体材料通常是硅(Si)，因而二氧化硅(SiO2)被用作第一绝缘层。关于在所需的寿命期间所需的测量精度，其它半导体/绝缘体组合通常不能够提供可比较的性质，并且此外，通常为不稳定的再现性。传统上，既在过程测量技术中也在实验室测量技术中利用玻璃电极进行含水介质中的离子浓度测量。出于技术原因，特别是因为充分大的内缓冲体积外加充分稳定的玻璃膜是必须的，所以不存在针对常规玻璃电极的有效小型化的机会。而且，应注意的，使用玻璃电极的pH测量系统归因于需要的玻璃膜厚度而具有高阻抗，并且因此，敏感地对电环境干扰做出反应。除其他外，这需要测量线的屏蔽，其中，电极和测量设备之间的间隔应尽可能小。
为pH测量应用玻璃电极的进一步的固有缺点在于，归因于材料玻璃的应用，在某些条件下存在玻璃破损风险，使得在诸如例如食品技术等的某些领域中使用玻璃电极仅为有限地可能的。
由于这个原因，因此，尝试使用离子敏感EIS结构或EIS元件(特别是以场效应晶体管(ISFET)的形式)用于离子浓度测量，诸如例如用于测量含水介质[1]中的pH值，其中，对这样的离子敏感传感器的使用在通过应用EIS结构的工业中的最近几年里有所增加。具有EIS结构的离子敏感传感器适合于特别是通过对集成系统的相对成本有效的制造来小型化测量系统，并且特别是优于对常规玻璃电极的应用。因此，代替具有玻璃界面的内缓冲器，利用容易管理的Si/SiO2组合。基于EIS结构的传感器的进一步优点在于，这样的传感器能够在无材料玻璃的情况下产生，因而满足了在一些应用的情况下，不期望或必须避免玻璃破损风险的要求。
一般而言，ISFET传感器被视为集成在传感器中的阻抗转换器，这代表EIS结构的仍高于玻璃电极的阻抗的阻抗，然而，其中，被测变量在现场直接被转换成容易且精确可测量的低阻抗信号。通过对操作模式(“恒定电荷”)的应用，此外，ISFET传感器能够相对好地抑制归因于环境光或背景光的信号干扰。
无FET结构的电容可读EIS传感器能够例如被如此构造使得没有拓扑结构边缘干扰表面或表面特征，使得在可能的拓扑结构边缘上的化学腐蚀性介质的作用的风险能够降低。这样的EIS传感器的读出例如经电容测量而发生。
LAPS传感器(LAPS＝光可寻址电位传感器)利用沿着表面横向地分辨的灵敏度，并且适合于例如生物化学系统，其中，将被检测的区域能够选择性地用光照射[13]。
由于先前实现的基于EIS结构的离子敏感传感器的化学和电长期稳定性仍不足以用于在过程测量技术中使用，或对应的离子敏感传感器是极端复杂的并且因此制造起来昂贵，所以先前未能产生对在工业过程测量技术中以及在环境监测中基于EIS的pH测量的持续介绍。
因此，从这种现有技术出发，本发明的目的是为离子敏感传感器的离子敏感结构的布置和制造提供尽可能不复杂的流程，借助该流程，能够获得尽可能高的化学和电长期稳定性以及还有极端精确且可重现的测量结果。
发明内容
该目的由根据权利要求1所述的用于制造离子敏感传感器的离子敏感结构的方法、由根据权利要求21所述的用于制造离子敏感场效应晶体管的方法、由根据权利要求22所述的用于制造离子敏感电容可读传感器的方法、由根据权利要求23所述的用于制造具有离子敏感结构的光操作离子敏感传感器的方法、以及由根据权利要求24所述的具有离子敏感结构的离子敏感传感器来实现。
本发明的方法和本发明的装置的进一步发展在从属权利要求中限定。
本发明基于如下认识，用于离子敏感传感器的在化学上以及还有在电学上极端长期稳定的离子敏感结构能够通过在半导体材料或半导体衬底上通过热氧化(例如非晶形层)来施加如绝缘体而产生，所述半导体材料包括例如n或p掺杂硅、例如SiO2层的绝缘层，其中，在氧化物层上依次沉积和回火具有金属氧化物层和金属层的双层或多个双层，使获得在承载氧化物层的半导体衬底上的具有晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层的层序列或双层(或多个双层)。在这样的情况下，金属氧化物层和金属层如此沉积使得金属氧化物层的镀层厚度dMOX(显著地)大于布置于其上的金属层的镀层厚度dMET。此外，施加的金属氧化物层和关于在其上沉积的金属层具有兼容的金属元素，或相同的金属元素。
例如通过热氧化施加在半导体衬底上的氧化物层具有例如3nm至150nm的厚度dOX。将充当所谓的缓冲层的金属氧化物层施加在具有例如50nm至200nm的厚度dMOX的氧化物材料上，而将金属层施加在具有例如3nm至30nm的镀层厚度dMET的金属氧化物层或缓冲层上。
因此，在本发明中，不将被热氧化的金属层直接施加到在半导体衬底上提供的氧化物层或绝缘层上，而是相反，将充当缓冲层的金属氧化物层首先施加或沉积在氧化物层上，之前，在随后的金属沉积中，将金属层施加在已经沉积的金属氧化物层上。例如，具有金属氧化物层和布置于其上的金属层的双层的施加和热处理能够重复数次，从而在每种情况下获得多个具有金属氧化物层和布置于其上的金属层的双层序列。
如随后将更详细地解释的，在本发明的制造过程的情况下，在各单独的层(即一个或多个金属氧化物层或一个或多个金属层)的各自的施加或沉积之后，在每种情况下，氧化回火、或热处理，和/或晶化回火、或热处理可被执行，使得在每种情况下使分别存在的例如非晶形层依次经历氧化和/或晶化回火，使得在每种情况下获得具有氧化和/或晶化结构的金属氧化物层或金属层。同等地，一种选择是施加双层或多个双层的金属氧化物材料和金属材料，以及在迄今未经热处理的层序列或双层序列(或多个双层)上进行氧化回火和/或晶化回火。
在本说明书的上下文中，一般而言，以示例的方式描述对具有金属氧化物层和其上布置的金属层的双层的施加和热处理。然而，这些解释同样适用于制造流程，在制造流程的情况下，多个具有金属氧化物层和其上布置的金属层的双层序列在每种情况下相继地产生。
通过对相对厚的缓冲层或具有相同的一种或多种金属元素的金属氧化物层和金属层应用本发明并且回火，通过金属层的金属沉积及其用于氧化的热处理能够防止氧化物层的材料受到损害，即，例如，能够防止或至少减轻对栅极绝缘层的SiO2材料的损害。
此外，充当缓冲层的金属氧化物层以充分大的镀层厚度被产生以实现，在金属层的金属材料的氧化和回火之后，在金属氧化物层和金属层之间的界面中或在该界面上仍然存在的残留电荷和陷阱(相对)远距离地远离半导体/绝缘体界面发生。金属氧化物层因此有效地用作在绝缘层和陷阱和/或电荷承载界面(该界面在金属氧化物层和金属层之间)之间的缓冲层或间隔层。
借助于本发明的离子敏感结构，或离子敏感EIS结构，与先前使用的材料相比，就将被检测的离子而言，获得增加的稳定性和灵敏度，其中，此外，实现对应地形成的传感器的低横向灵敏度和最小漂移外加良好长期稳定性。因此，热处理(回火)导致的在栅极电解质界面和绝缘层(栅极绝缘层，例如SiO2)或半导体块体材料(例如，Si)之间的垂直的或整个晶界能够尽可能通过根据本发明制造的离子敏感EIS结构被防止或被中断。
在下文中，现在将基于现有技术的进一步的文件探究常规EIS结构的关键性质，其中，此外，发明人的发现和本发明的结论将在考虑本发明潜在的目的的情况下被提出。
对于制造氢离子敏感层，已经检验并且描述了各种材料，诸如例如Ta2O5[2]、[3]、Al2O3[4]、TiO2[5]、HfO2[8]和简单金属氮化物[10]，或诸如例如TaAlO和ZrAlO[6]的双金属氧化物混合物，或两种不同的非晶形金属氧化物层的组合[11]，和类金刚石碳(DLC)[9]。除少数例外[7]之外，这些几乎总是依赖于SiO2。通过引入金属氧化物，与Si3N4ISFET相比，实现传感器特性的明显改进，所述传感器特性诸如这些传感器的pH灵敏度、长期稳定性和漂移。
通过引入金属氧化物作为感光层材料，能够实现应用领域的与pH范围和介质温度相关的明显改进。常规金属氧化物被非晶形地沉积并且仅被回火到它们的非晶形结构保持的程度。然而，这些结构是不抗化学腐蚀的并且在腐蚀性介质中以增加的温度受到平面蚀刻。
简单晶体金属氧化物层作为非晶形层是抗化学腐蚀的，因为微晶具有可可比较块体材料的高密度。这些层的弱点是晶界特别是垂直晶界，这些晶界在腐蚀性介质中在较高温度的情况下导致小孔蚀刻并且随后导致欠蚀刻。因此，实现了高达约12的pH值和高达75℃的温度的Ta2O5 ISFET的稳定操作。
然而，在多结晶金属氧化物的多层沉积中，垂直晶界仅不充分地被中断，因为第一层的晶体用作第二层的生长胞核。在晶体层之间的界面处，陷阱和电荷非常容易被收集，因而，然而，ISFET的工作点变得不充分地可再现。
作为动力学的结果，金属的沉积和后续的热氧化[12]导致栅极绝缘体的低劣的质量，因为从接触开始并且作为逐渐加热的结果，材料从栅极绝缘体下面部分地提取氧。
在LAPS元件(LAPS＝光可寻址电位传感器)的测量方法中,已调制的光信号被引入到EIS结构中并且在那里产生光电子。光电子的产生还受到电解质的性质的控制[13]。在EIS元件的测量方法中，EIS结构的电容在无光供应的情况下利用电压得以控制。电容也受到电解质的特性的控制。
在化学和热消毒仍然不足以用于在过程测量技术中使用的情况下，由于先前实现的化学和电稳定性，所以尚未在工业过程测量技术中和在环境监测中持续引入基于EIS的pH测量。
附图说明
现在将参照附图详细解释本发明的实施例的优选示例，其中：
图1a-g以示例的方式示出根据本发明的实施例的示例的用于制造离子敏感传感器的离子敏感多层传感器结构的处理步骤的原理表示；
图2a-g以示例的方式示出根据本发明的实施例的附加示例的用于制造离子敏感传感器的离子敏感多层传感器结构的处理步骤的原理表示；
图3根据本发明的实施例的示例的用于制造离子敏感结构的方法的原理流程图，并且
图4a-b根据本发明的实施例的示例的离子敏感场效应晶体管的示例的原理截面图，连同用于ISFET的离子敏感层结构的细节视图。
具体实施方式
在基于附图更详细地解释本发明之前，应注意的是，相同的功能上相同的或同等作用的元件或结构在各个附图中被提供有相等的参考标记，因而在实施例的不同的示例中对于被提供有相同的参考标记的元件或结构的描述是相互可交换的，或能够相互被应用。
在下文中，现在将以示例的方式基于在图1a-g中在原理上示出的工艺步骤来描述用于制造根据本发明的实施例的示例的离子敏感传感器的离子敏感多层传感器结构的方法。下文的解释表明，不同的过程步骤能够例如在CMOS过程的背景下发生。
如图1a所示，例如，提供半导体衬底12，例如，n或p掺杂硅衬底，具有位于其上的氧化物层13(绝缘层或绝缘体层)，例如，二氧化硅层(SiO2)。绝缘层13例如通过在高达约1100℃的温度下热氧化而在半导体衬底12上产生。热产生的绝缘层13具有例如非晶形材料性质和3-150nm的镀层厚度dOX。如在图1a中进一步所示，图1a-g所示的区段涉及例如对于用于诸如例如随后相对于图4a-b详细地描述的ISFET中施加本发明的离子敏感层结构的情况而言的栅极区段G的横向延伸。然而，图1a-g所示的离子敏感结构的区域G同样适用于离子敏感电容可读EIS传感器或也LAPS传感器的区段。因此，例如，图1a-g中的区域G能够为对应的离子敏感部件中的相应的离子敏感层结构的介质接触区域。
图1b示出现在施加具有镀层厚度dMOX的金属氧化物层14*(或已经施加的非晶形金属氧化物层14*)。例如充当诸如将在下文讨论的缓冲层的金属氧化物层14*的非晶形沉积例如以25-400nm优选地例如50-200nm的厚度发生。被用作金属氧化物层14*的金属氧化物材料能够例如为Ta2O5、Al2O3、TiO2、ZrO2或HfO2，其中，这不是排他的列举，而是替而仅以示例的方式给出。如施加于在半导体衬底12上提供的绝缘层13上的金属氧化物层14*接着借助于RTA工序(RTA＝快速热退火)在例如高于600℃(例如，600℃-1000℃)的温度T1下经历热处理持续例如10-300秒的时间t1，以晶化施加的金属氧化物层14*，其中，如此热处理的金属氧化物层14具有至少部分结晶结构。施加在晶化金属氧化物层14上的是下一个例如具有1-100nm优选地例如3-30nm的镀层厚度dMET的金属层15*。被用作金属层15*的金属元素能够例如为钽、铪、锆、钛或铝，其中，金属元素的该列举仅是以示例的方式并且不是排他的列举。
随即，金属层15*的金属材料再次借助于RTA工序在例如高于600℃(例如，600℃-1000℃)的温度T2下经历热处理持续例如10-300秒的持续时间t2，以热氧化并晶化原来施加的金属层15*，以获得在晶化金属氧化物层14上的热氧化晶化金属层15。如在半导体衬底12上提供的绝缘层13上施加(沉积)并且经热处理的金属氧化物层14和金属层15因此形成本发明的层序列或双层16，作为离子敏感传感器的离子敏感层结构。
图1f示出可选的过程步骤。因此，对应于用于产生图1b-e所示的层序列或双层16的工序，对应地，晶化金属氧化物层14’、14”和氧化晶化金属层15’、15”的又一个或多个附加双层16’，16”能够施加在双层16上。
与基于图1a-f所示的过程步骤相关，应注意的是，一个或多个金属氧化物层在每种情况下以镀层厚度dMOX施加，该镀层厚度dMOX比相应地在之后施加的金属层dMET的镀层厚度(明显)更大(dMOX>dMET)。此外，一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层具有兼容的金属元素(例如，相同的金属元素)。镀层厚度dMOX是例如为相应地在之后施加的金属层的镀层厚度dMET的5倍以上(dMOX>5*dMET)或10倍以上(dMOX>10*dMET)。
一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层能够例如通过溅射、汽相沉积、CVD过程(CVD＝化学汽相沉积＝化学气相沉积)、PVD过程(PVD＝物理汽相沉积)或ALD过程(ALD＝原子层沉积)而施加。
可选地，在氧化和晶化热处理终止之后，能够例如以比晶化温度T1或T2(例如，600℃以下的温度(例如，300℃-600℃))低的退火温度进行热后处理(退火工序)，以实现一个或多个层序列16(或16’、16”)的晶化的或晶化材料结构的所谓的退火。借助于这样的退火工序，例如，晶体缺陷位置和/或间质元素的集中度(concentration)能够最小化并且至少减小。
可选地，在金属氧化物层和金属层的仍未回火的层序列的晶化之前，能够进行带或不带金属层的氧化的热预处理，其中，氧化则仅导致来自金属层的非晶形金属氧化物层。
此外，图1a-g没有明确地示出的对于一个或多个层序列的热处理的备选选项，例如作为前述(第一)热处理步骤，能够在≤600℃(例如，在300℃和600℃之间)的温度下进行热预处理，从而首先使层序列的分层施加的仍未回火的材料更加强烈地均质化以及使得例如允许一个或多个双层的毗邻的层之间的界面成为合金并且彼此更加强地生长在一起。在该热预处理步骤之后，然后对层序列(或层序列的各个层)的回火例如借助于一个或多个RTA过程在大于600℃(例如，600℃-1000℃)的较高温度下进行，使仍然具有分层施加的材料的层序列尽可能均质地晶化，以及获得最终晶化层序列的层材料的尽可能小的封闭排列的微晶，即，最后产生层序列的尽可能均质的多晶结构。
在前述内容中，基于图1a-g描述了用于在双层16上从晶化金属氧化物层14’、14”和氧化晶化金属层15’、15”产生层序列或另一个或多个附加双层16’、16”的过程步骤。如图1g所示，作为可选的进一步的过程步骤，现在能够将金属氧化物材料的终止保护层17沉积在先前施加的一个或多个双层16或16’、16”等的层序列上。在这样的情况下，在这些金属层已经安置就位(即，在现场)之后，能够将该(薄)金属氧化物保护层17直接沉积在层序列16或16’、16”等的最后的金属层15或15’、15”上，无需先前使该最后的金属层回火。附加金属氧化物保护层17的厚度能够在3nm和70nm之间(或也在3nm和50nm之间)。
可选地，作为金属氧化物沉积的保护层17能够通过热处理沉积在氧化的或氧化晶化的最后的金属层上，其中金属氧化物保护层17能够具有在3nm和70nm之间的厚度(或也在10nm和70nm之间)。
所施加的薄金属氧化物保护层17和最后金属层或金属氧化物层在这样的情况下包含兼容的(或相同的)金属元素。
出于下列原因，对金属氧化物保护层17的提供能够有利地影响离子敏感传感器的离子敏感层结构的操作性质。例如，如果金属层在设施中被产生然后从处理室被带入到室内空气中，则可能的是，根据不同的参数，不同成分的所谓的空气氧化物膜形成。该事件限制离子敏感传感器的产生制造的再现性。这样的参数例如为空气成分、空气温度、沉积和空气接触之间的持续时间等。
在处理室中发生的大多数金属层沉积过程的情况下，在处理室中，氧分压在离开处理室之后自动小于周围空气中的氧分压，(因此总是)除其他外，在最后的金属层上形成至少一层追加表面氧化物，该至少一层追加表面氧化物称为所谓的空气氧化物或空气氧化物层。一般而言，该表面氧化物材料具有与如果金属氧化物层在处理室中早已经沉积在最后的金属层上则可能出现的情况不同的化学计量和结构。
在此处，在感兴趣的金属的情况下，当这些金属进入周围空气中时，金属表面的反应性是如此高以至于除氧气之外还有其它空气成分(诸如例如空气杂质)也变得进入到形成的空气氧化物材料中，因为与氧气的反应焓高于与其它气体的反应焓。以这种方式，与其它气体的反应活化能总是可用的。当在离开处理室之前将具有与最后的金属层相等的金属元素的“清洁”金属氧化物材料(作为金属氧化物保护层17)施加在该最后的金属层15或15’等上时，在特别是在真空中(即，在所有可想象气体的极小的局部压力的情况下)金属沉积之后，清洁金属表面的反应性现在下降了。然后，反应焓在沉积期间被释放，其中，没有(能够作为氧化物层中的内含物结束的)其它/进一步的干扰元素存在。
在这一点上，应注意的是，在表面处理的一些应用示例的情况下，通过对施加的层的掺杂，有目的地需要某些外来元素以便产生期望的或预定的性质。
在下文中，将以示例的方式基于在图2a-g中在原理上所示的工艺步骤来描述用于制造根据本发明的实施例的附加示例的离子敏感传感器的离子敏感多层传感器结构的进一步的方法。下文的解释表明，本发明的离子敏感传感器的离子敏感结构或EIS层结构的制造能够例如再次在CMOS过程中发生。
如图2a所示，例如，提供半导体衬底12，例如n或p掺杂硅衬底，其承载氧化物层13(绝缘层或绝缘体层)，例如二氧化硅层(SiO2)。绝缘层13例如通过在高达约1100℃的温度下热氧化而在半导体衬底12上产生。热产生的绝缘层13具有例如非晶形材料性质和3-150nm的镀层厚度dOX。如在图2a中进一步所示，图2a-g所示的区段涉及例如对于在诸如例如随后相对于图4a-b详细地描述的ISFET中施加本发明的离子敏感层结构的情况而言的栅极区段G的横向延伸。然而，图2a-g所示的离子敏感结构的区域G同样适用于离子敏感电容可读EIS传感器或LAPS传感器的区段。因此，例如，图2a-g中的区域G能够为对应的离子敏感部件中的相应的离子敏感层结构的介质接触区域。
图2b示出现在施加具有镀层厚度dMOX的金属氧化物层14*(或已经施加的非晶形金属氧化物层14*)。充当诸如将在下文讨论的缓冲层的(例如，非晶形的)金属氧化物层14*的沉积例如以25-400nm优选地例如50-200nm的厚度发生。被用作金属氧化物层14*的金属氧化物材料能够例如为Ta2O5、Al2O3、TiO2、ZrO2或HfO2，其中，这不是排他的列举，而是替而仅以示例的方式给出。施加在金属氧化物层14*上的则是例如具有1-100nm优选地例如3-30nm的镀层厚度dMET的非晶形金属层15*，诸如图2c示出的非晶形金属层15*。被用作金属层15*的金属元素能够例如为钽、铪、锆、钛或铝，其中，金属元素的该列举仅是以示例的方式并且不是排他的列举。
在基于图2a-c所示的流程的情况下，因此，在作为第一层的半导体衬底12(例如，n或p掺杂硅衬底)上通过热氧化工序产生的是作为衬底氧化物的具有3-150nm的镀层厚度dOX的绝缘层13(例如，SiO2层)。之后发生的是第一(例如，非晶形)具有50-200nm的厚度的金属氧化物层14*的沉积，该金属氧化物层14*起到例如缓冲层的作用，其中，例如，作为金属氧化物材料，Ta2O5借助于PVD方法施加在绝缘层上。然后，施加在金属氧化物层14*上的是具有例如3-30nm的镀层厚度的金属层15*，其中，借助于PVD方法使该金属层15*沉积的是例如作为金属材料的钽。
在图2d所示的第一工序(选项I)中，然后，施加于在半导体衬底12上提供的绝缘层13上的金属氧化物层14*和金属层15*借助于RTA工序(RTA＝快速热退火)在例如高于600℃(例如，600℃-1000℃)的温度T1下经历热处理持续例如10-300秒的持续时间t1，以晶化例如非晶形地施加的金属氧化物层14*，即，将经热处理的金属氧化物层14转变成至少部分结晶结构，并且热氧化和晶化原来施加的金属层15*，以获得在晶化金属氧化物层14上的热氧化晶化金属层15。如在半导体衬底12上提供的绝缘层13上施加(沉积)并且经热处理的金属氧化物层14和金属层15因此形成本发明的层序列或双层16，作为离子敏感传感器的离子敏感层结构。
因此，在图2d所示的选项I中，金属层和位于其下方的金属氧化物层均在例如高于600℃的温度T1下被热氧化并且还被晶化持续例如10-300秒的持续时间t1，以获得晶化金属氧化物层14和氧化晶化金属层15作为层序列或双层16。
备选地，在图2e所示的可选工序(选项Ⅱ)的情况下，施加的金属氧化物层14*和其上施加的金属层15*能够首先(借助于一个或多个RTA过程)在例如小于550℃(例如，300℃-550℃)的氧化温度T3下被热氧化持续例如10-300秒的持续时间t3，然后，例如，随后在例如高于600℃(例如，600℃-1000℃)的温度T4(晶化温度)下持续例如10-300秒的持续时间t4，金属氧化物层14*和金属层15*的晶化得以执行，以获得具有晶化金属氧化物层14和氧化晶化金属层15的层序列或双层16。
图2f示出可选的过程步骤。因此，对应于用于产生图2b-e所示的层序列或双层16的工序，对应地，晶化金属氧化物层14’和氧化晶化金属层15’的又一个或多个附加双层16’、16”能够施加在双层16上。
与基于图2a-f所示的过程步骤相关，应注意的是，一个或多个金属氧化物层在每种情况下以镀层厚度dMOX施加，一个或多个镀层厚度dMOX比在之后施加的一个或多个金属层的一个或多个镀层厚度dMET大。此外，一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层具有兼容的金属元素(例如，相同的金属元素)。
一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层能够例如通过溅射、汽相沉积、CVD过程(CVD＝化学汽相沉积＝化学气相沉积)、PVD过程(PVD＝物理汽相沉积)或ALD过程(ALD＝原子层沉积)而施加。
可选地，在氧化和晶化热处理终止之后，能够例如以比晶化温度(例如，600℃以下的温度)低的退火温度进行热后处理(退火工序)以实现一个或多个层序列16、16’的晶化的或晶化材料结构的所谓的退火，其中借助于这样的退火工序，例如，晶体缺陷位置和/或间质元素的集中度能够最小化并且至少减小。
如图2f所示，根据进一步可选的过程步骤(继图2d或图2e的过程步骤之后)，对应于用于产生上文相对于图2b-e描述的层序列或双层16的工序，对应地，晶化金属氧化物层14’、14”和氧化晶化金属层15’、15”的另一个或多个附加双层16’，16”能够施加在双层16上。
与基于图2a-f描述的过程步骤相关，应注意的是，一个或多个金属氧化物层在每种情况下以镀层厚度dMOX被施加，该镀层厚度dMOX比在相应地之后施加的金属层的镀层厚度dMET大。此外，一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层具有兼容的金属元素(相同的金属元素)。
一个或多个金属氧化物层和一个或多个金属层能够例如通过溅射、汽相沉积、CVD工艺(CVD＝化学汽相沉积＝化学气相沉积)、PVD工艺(PVD＝物理汽相沉积)或ALD过程(ALD＝原子层沉积)而施加。
可选地，在氧化和晶化热处理终止之后，能够例如以比晶化温度(例如600℃(如300°-600℃)以下的温度)低的退火温度进行热后处理(退火工序)以实现一个或多个层序列16(或16’)的结晶或晶化的材料结构的所谓的退火，其中，借助于这样的退火工序，例如晶体缺陷位置和/或间质元素的集中度能够最小化并且至少减小。
可选地，例如，作为前述热处理步骤，能够在≤600℃(例如，在300℃和600℃之间)的温度下进行热预处理，以便如上文已经描述的，使层序列的分层施加的仍未回火的材料更加强烈地均质化以及以便例如允许毗邻的材料层之间的界面成为合金并且彼此更加强地生长在一起。
在前述内容中，基于图2a-g描述了用于在双层16上产生晶化金属氧化物层14’、14”和氧化晶化金属层15’、15”的序列或另一个或多个附加双层16’、16”的过程步骤。
如图2g所示，作为可选的进一步的过程步骤，现在能够将金属氧化物材料的终止保护层17沉积在先前施加的一个或多个双层16或16’、16”等的层序列上。在这样的情况下，在这些金属层已经安置就位(即，在现场)之后，能够将该(薄)金属氧化物保护层17直接沉积在层序列16或16’、16”等的最后的金属层15或15’、15”上，无需先前使该最后的金属层回火。附加金属氧化物保护层17的厚度能够在3nm和70nm之间(或在3nm和50nm之间)。
可选地，作为金属氧化物沉积的保护层17能够通过热处理沉积在氧化的或氧化晶化的最后的金属层上，其中，该最后的保护层17能够具有在3nm和70nm之间(或在10nm和70nm之间)的厚度。
所施加的薄金属氧化物保护层17和最后金属层或金属氧化物层在这样的情况下包含兼容的(或相同的)金属元素。
出于已经基于图1g描述的相同的原因，对金属氧化物保护层17的提供会对离子敏感传感器的离子敏感层结构的操作性质具有正面影响。
在下文中，现在将基于在图3中在原理上示出的流程图来解释用于制造根据本发明的实施例的示例的离子敏感传感器的离子敏感层结构的本发明的方法100。
在本发明的方法100中，在步骤110中，首先提供具有氧化物层13的半导体衬底12。然后，在步骤120中，沉积和回火金属氧化物层14*和金属层15*，以获得在承载氧化物层13的半导体衬底12上的具有晶化金属氧化物层14和氧化晶化金属层15的层序列。在这样的情况下，金属氧化物层14和金属层15具有兼容的金属元素，并且金属氧化物层14的镀层厚度dMOX大于金属层15的镀层厚度dMET。
在用于执行用于沉积和回火金属氧化物层14*和金属层15*的步骤120的第一可选工序(选项I)中，首先，将金属氧化物层沉积在承载氧化物层的半导体衬底上。然后，使至少金属氧化物层回火，以获得晶化金属氧化物层。然后，使金属层沉积在晶化金属氧化物层上，然后，使施加的金属层回火，以获得氧化晶化金属层。
在用于执行用于沉积和回火金属氧化物层和金属层的步骤120的附加可选工序中，首先将金属氧化物层沉积在承载氧化物层的半导体衬底上。然后，将金属层沉积在施加的金属氧化物层上，然后，对施加的金属氧化物层和金属层进行热处理，以获得在承载氧化物层的半导体衬底上的晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层。
对应于以上选项2，在回火步骤中，能够在氧化温度下进行第一局部回火，以使施加的金属层氧化。此外，能够在晶化温度下进行第二局部回火，以晶化施加的金属氧化物层和氧化金属层，从而获得具有晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层的层序列。
对应于以上两个选项1和2，施加和回火金属氧化物层和金属层的步骤能够重复至少一次，以获得至少另一个层序列，该至少另一个层序列在第一层序列或双层上具有附加晶化金属氧化物层和附加氧化晶化金属层，其中，在每种情况下，附加金属氧化物层的镀层厚度(明显)大于附加金属层的镀层厚度。此外，在每种情况下，金属氧化物层和金属层或另一个金属氧化物层和另一个金属层具有兼容的金属元素或相同的金属元素。
通过本发明的在半导体衬底上提供的氧化物层上施加相对厚的缓冲层或金属氧化物层，其中，在金属氧化物层上然后在金属层上施加相同的金属元素，能够防止氧化物层的材料受到金属层的金属沉积及其氧化热处理的损害，即，能够防止或至少减轻例如栅极绝缘体的SiO2材料受到损害。确实，当金属层经历例如氧化回火，并且氧原子从金属氧化物层被输送至相邻的金属层时，在其面对位于其上的金属层或与之交界的表面上的缓冲层或金属氧化物层部分地减少。在这种情况下，在金属氧化物层和金属层之间的界面处的确出现界面电荷和/或所谓的陷阱。通过本发明的提供充当在绝缘层(氧化物层)和布置于其上的金属层之间的缓冲层的金属氧化物层的工序，与其中金属层将直接沉积于在半导体衬底上提供的氧化物层(绝缘层)上的情况相比，虽然不能完全防止金属氧化物层表面的一定量的损害或退化，但是金属氧化物层或缓冲层的表面的损害程度能够至少显著减小。由于金属氧化物层和金属层具有兼容的金属元素(相同的金属元素)，金属氧化物层的金属氧化物材料和金属层的金属材料处于热力学平衡，在这种情况下，氧能够在两层之间可逆地移动，即，能够交换。
此外，充当缓冲层的金属氧化物层以充分大的镀层厚度被产生以便实现，在金属层的金属材料的氧化和回火之后，稍后在金属氧化物层和金属层之间的界面中或在该界面处剩余的残留电荷和陷阱(相对)远离半导体/绝缘体界面发生。金属氧化物层因此是有效的，以便用作在绝缘层(在半导体衬底上提供的氧化物层)和在金属氧化物层和金属层之间的陷阱和/或电荷承载界面之间的缓冲层或间隔层，使得在离子敏感电容可读EIS传感器(具有EIS结构)的情况下，对例如ISFET中的有源通道的工作点或对平带电压的干扰影响保持相对小。根据本发明，因此使得对与被测介质特别是暴露于被测介质的最上层的元素相接触的离子敏感层结构的处理一方面能够为离子敏感层结构并且特别是最上层提供极端稳定的材料性质，其中，电气性质同时还满足极端高的要求。
由于在将金属氧化物层施加于在半导体衬底上提供的绝缘层(SiO2层)中，在沉积工序中固然存在相应地提供足够的氧原子或氧，因此不从位于其下方的氧化物层的氧化物材料(SiO2)提取氧，使得借助于本发明的用于制造离子敏感层结构的流程，能够避免对绝缘层的损害。在本发明的实施例的示例中，金属层作为比金属氧化物层更薄或明显更薄的层被沉积。在这样的情况下，例如，金属层能够以小于或等于先前施加的金属氧化物层的镀层厚度的1/2、1/3、1/4或1/5、…、1/10的镀层厚度被沉积。与金属氧化物层相比更薄的金属层的形成使得金属层的热氧化能够保持易操纵，因为如果金属层和金属氧化物层将具有类似的层厚度，则终止金属层和位于其下方的金属氧化物层的热氧化工序会是关键的。这起因于如下事实，氧化工序伴随相应的材料的体积增加，其中，金属材料的密度几乎总是高于金属氧化物材料的密度。由于现在在金属层的金属材料的热氧化的情况下，氧被定位成同等于金属氧化物的典型价态，而在具有环境气体介质的沉积的金属氧化物的热反应处理的情况下，氧被取代并且被重新排列，在金属材料的热氧化工序的情况下的摩尔空间要求更小这再次导致比在沉积的金属氧化物的情况下更致密的层。
借助于本发明的离子敏感结构或离子敏感EIS结构，与先前使用的材料相比，就将被检测的离子而言，获得了增加的稳定性和灵敏度，其中，此外，实现对应的形成的传感器的具有良好的长期稳定性的低横向灵敏度和最小漂移。因此，热处理(回火)引起的在EIS结构例如栅极电解质界面和在半导体衬底上施加的氧化物层或绝缘层(栅极绝缘层，例如SiO2)或半导体块体材料(例如，Si)之间的垂直的或整个晶界能够通过根据本发明制造的离子敏感EIS结构尽可能被防止或被中断。
本发明的用于制造离子敏感层结构的流程能够特别是还用于制造离子敏感场效应晶体管ISFET。
因此，例如，参照图4a-b所示的ISFET的结构，源极区域和漏极区域能够在半导体衬底中产生，或半，导体衬底被提供有源极区域和漏极区域。最终，能够产生具有离子敏感层结构的栅极区域，其中，能够产生对应于用于制造如图1a-g和图2a-g所示的离子敏感传感器的离子敏感结构16的流程的该离子敏感层结构。
同样地，能够产生具有离子敏感层结构的离子敏感电容可读EIS传感器，因为产生对应于图1a-g和图2a-g所示的流程的离子敏感层结构。同样地，能够产生具有离子敏感层结构的光控制离子敏感传感器(LAPS传感器＝光可寻址电位传感器)，其中，能够再次产生对应于图1a-g和图2a-g所示用于制造离子敏感传感器的离子敏感结构的流程的该离子敏感层结构。
在下文中，现在将基于图4a以示例的方式描述例如以使用根据本发明制造的离子敏感EIS结构(EIS结构)16的ISFET的形式的离子敏感传感器10的构造原理和操作原理。在这一点上，特别要注意的是，本发明的离子敏感结构16的下列描述基本上适用于任意离子敏感传感器，诸如例如还有具有EIS结构的电容性离子敏感传感器或适用于LAPS传感器。ISFET 10的基于图4a和4b的离子敏感结构16作为离子敏感传感器将被理解为是纯粹以示例的方式。
图4a以示例的方式示出离子敏感场效应晶体管(ISFET)10的截面图。
离子敏感场效应晶体管10包括半导体衬底12，例如硅衬底。形成在半导体衬底12上的是源极区域12-1和漏极区域12-2。此外，衬底包括例如衬底连接区域18。源极区域12-1、漏极区域12-2和衬底连接区域18能够在半导体衬底12中作为n或p掺杂区域被实施。
半导体衬底12能够为例如衬底和施加于其上的外延层的组合，其中，FET部件的有源区域例如借助于植入过程形成。
因此，例如，形成在衬底12的表面上的是场氧化物层20。在场氧化物层20上延伸的是例如另一个绝缘层16(16’、16”)。此外，ISFET 10包括连接触点24，该连接触点24延伸穿过场氧化物层20和绝缘层16(在绝缘层16具有对应的横向膨胀的情况下)并且其与衬底连接触点18电连接。此外，ISFET 10包括漏极触点26，该漏极触点26延伸穿过场氧化物层20并且通过绝缘层16(在那里可选地存在)并且与漏极区域12-2电连接。此外，源极触点28被形成，该源极触点28延伸穿过场氧化物层20和绝缘层16(在那里可选地存在)并且与源极区域12-1电连接。
在半导体衬底中的源极区域12-1和漏极区域12-2之间限定的(或在操作期间实施的)是通道区域30。栅极区域G形成在通道区域30上方，根据本发明栅极区域G具有用于离子敏感传感器(ISFET)10的离子敏感结构或EIS层结构16，其中，栅极区域G中的离子敏感层结构16在测量例如pH值的情况下与被测介质直接接触。如图4a所示，离子敏感区域或离子敏感层结构16能够与绝缘层一致地实施。如上文就制造本发明的离子敏感层结构16的本发明的方法而言详细地解释的，并且诸如在图4b中、在图4a的区段D的放大图中示出该离子敏感层结构16，栅极区域G的本发明的离子敏感层结构16通过如下事实辨别：施加在半导体衬底12(例如，硅衬底)上的是作为衬底氧化物的绝缘层13(例如，SiO2)，其具有例如非晶形材料性质，其中，在该衬底氧化物12上沉积和回火的是金属氧化物层14和金属层15，以获得在提供有氧化物层13的半导体衬底12上的具有晶化金属氧化物层14和氧化晶化金属层15的层序列。在这样的情况下，金属氧化物层和金属层具有兼容的金属元素，并且金属氧化物层的镀层厚度dMOX(明显)大于金属层的镀层厚度dMET。
在图4a中，ISFET 10包括例如挡光层34，该挡光层34形成在绝缘层32上，在每种情况下，横向邻接或毗邻栅极区域G。此外，形成在漏极触点26上的是例如钝化层38，该钝化层38在源极触点28和衬底连接触点24上延伸并且至少在栅极区域G上具有适当的窗口。漏极触点26例如经具有漏极连接44的线42被连接，而源极触点28例如经具有源极连接48的线46被连接，并且衬底连接24例如经具有衬底连接52的线50电连接。
如图4b中放大所示，层序列或双层16包括施加在绝缘层13上的晶化金属氧化物层14，该晶化金属氧化物层14进而具有施加于其上的热氧化晶化金属层15。在这样的情况下，金属氧化物层14的镀层厚度dMOX大于金属层15的镀层厚度dMET，其中，金属氧化物层14和金属层15具有兼容的金属元素(例如钽、铪、锆、钛或铝)。
借助于本发明的离子敏感结构或离子敏感EIS结构，该离子敏感EIS结构能够例如作为用于离子敏感ISFET的栅极结构或栅极材料被施加，与先前使用的金属氧化物相比，就将被检测的离子而言，能够实现提高的稳定性和灵敏度，其中，此外，能够实现低横向灵敏度和最小漂移外加良好长期稳定性。此外，使用本发明的离子敏感结构和多层实施例，对于离子敏感传感器而言，获得了本征材料过渡的最大化。在ISFE的情况下，被实现为层状堆栈的离子敏感结构能够形成栅极绝缘体以及还有敏感层。通过增加敏感层的化学稳定性，离子敏感传感器的工作点能够被设置成使得在传感器操作期间电场中的离子移动被最小化。在这样的情况下，离子到用作例如栅极绝缘体的层堆栈中的场支持扩散通过高次数的界面停止而减少。
此外，有利的是，根据本发明作为层堆栈实施的离子敏感传感器的离子敏感结构可借助于CMOS兼容半导体制造过程而制造，其中，同时，能够保证对应的制造过程的环境兼容性。此外，根据本发明，所需的过程子步骤的数量能够减少，并且因此，制造成本下降。
此外，根据本发明，实现的是，在层沉积工序的情况下和在回火以晶化的情况下，金属绝缘体材料(例如，HfO2、ZrO2等)固有的结构改变界面在垂直生长期间能够被避免。以这种方式，此外，根据本发明，同样能够防止金属氧化物材料(例如，HfO2或ZrO2)中的垂直晶界形成的开始的条件。热处理(回火)能够促使的在例如栅极电解质界面的EIS结构和在半导体衬底上施加的氧化物层或绝缘层例如栅极绝缘层(诸如例如SiO2)或半导体块体材料(诸如例如Si)之间的垂直晶界能够通过根据本发明制造的离子敏感EIS结构尽可能被避免或被中断。
根据本发明，层状堆栈的分层或交错序列能够因此发生使得通过对层序列的倒置尽可能除去界面偶极子。此外，通过本发明的用于制造离子敏感结构的方法不必须留下特定的材料系统变为一种选择，因而能够实现相应的离子敏感传感器的极端高的pH线性度。因为，此外，本发明的离子敏感结构作为层堆栈的制造能够借助于常用半导体制造过程发生，此外，确保制造过程的CMOS制造兼容性和环境的兼容性。
诸如例如在CIP工序(CIP＝就地清洗)的情况下以及在相对高的温度的情况下，本发明的用于制造离子敏感传感器(诸如例如ISFET、电容可读EIS传感器或LAPS传感器)的离子敏感层结构的方法能够特别是增加化学腐蚀性的介质的使用时间。因此，在对应地形成的离子敏感传感器(诸如例如ISFET)的情况下，与传统上实施的离子敏感传感器相比，在利用热蒸汽热消毒条件下，诸如例如在SIP工序(SIP＝就地消毒)的情况下，例如在高达135℃的温度的情况下，工作点漂移或还有平带电压能够明显减少。
参考文献
[1]Vergveld,Development of an ion-sensitive solid-state device fornerophysiological measurements,IEEE Trans.Biomed.Eng.BME-17(1970),p.70
[2]“Chemical sensitivity of an ISFET with Ta2O5 membrane in strongacid and alkaline solutions”,P.V.Bobrov,et al.,Leningrad State UniversityUSSR,Sensors and Actuators B 3(1991)75-81
[3]“The pH-sensing properties of tantalum pentoxide films fabricatedby metal organic low pressure chemical vapor deposition”,I.Mikolajick,et al.,Fraunhofer Institute Integrated Circuits Erlangen Germany,Sensors andActuators B 44(1997)262-267
[4]Sensitivity and hysteresis effect in Al2O3 gate pH-ISFET,Jung-ChuanChou et al.,National Yunlin University Taiwan,Materials Chemistry and Physics71(2001)120-4
[5]“Study of TiO2 thin films for Ion Sensitive Field EffectTransistor Application with RF sputtering deposition”,Jung Chuan Chou,Lan PinLiao,National Yunlin University of Science&Technology,Taiwan,Japanese Journalof Applied Phyiscs 43,1,2004 pp.61-65
[6]“Development of a wide range pH sensor based on Elektrolyt-Insulator-Semiconductor structure with corrosion-resistant Al2O3-Ta2O5 andAl2O3-ZrO2 double-oxide thin films”,Shoji Yoshida,et al.,Tohoku UniversitySendai Japan,I.Electrochem.Soc.151(3)H53-H58(2004)
[7]“pH sensitivity improvement on 8nm thick Hafnium oxide by postdeposition annealing”,Chao-Sung Lai et al.,Chang Gung University Tao-YuanTaiwan,Electrochemical and Solid-State Letters 9(3)G90-2(2006)
[8]P.D.van der Wal et al.,Proceedings of IEEE Sensors(2004)677
[9]H.Voigt et al.,Sensors&Actuators 44(1997)1-3,441
[10]US-Patent 5,288,563
[11]Internationale Anmeldung WO2005/073706
[12]P.Gimmel et al.,Sensors&Actuators 4(1991)1-2,135
[13]Hafeman et al.,Science 240(1988)1 182
Claims (26)
1.一种用于制造离子敏感传感器的离子敏感结构的方法(100)，所述方法包括如下步骤：
提供(110)承载氧化物层(13)的半导体衬底(12)，
沉积和回火(120)金属氧化物层(14*)和金属层(15*)，以获得在承载所述氧化物层(13)的所述半导体衬底(12)上的具有晶化金属氧化物层(14)和氧化晶化金属层(15)的层序列，
其中，所述金属氧化物层(14)和所述金属层(15)具有相同的金属元素，并且
其中，所述金属氧化物层(14)的镀层厚度(dMOX)大于所述金属层(15)的镀层厚度(dMET)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述的沉积和回火的步骤进一步包括如下步骤：
在承载所述氧化物层的所述半导体衬底上沉积所述金属氧化物层，
至少回火所述金属氧化物层，以获得晶化金属氧化物层；
在所述晶化金属氧化物层上沉积所述金属层，
回火沉积的所述金属层，以获得氧化晶化金属层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述的沉积和回火的步骤进一步包括如下步骤：
在承载所述氧化物层的所述半导体衬底上沉积所述金属氧化物层；
在沉积的所述金属氧化物层上沉积所述金属层；
回火沉积的所述金属层和沉积的所述金属氧化物层，以获得在承载所述氧化物层的所述半导体衬底上的所述晶化金属氧化物层和所述氧化晶化金属层。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在回火步骤中，第一局部回火在氧化温度下进行，以氧化沉积的所述金属层；并且其中，第二局部回火在晶化温度下进行，以晶化沉积的所述金属氧化物层和氧化的所述金属层，从而获得具有所述晶化金属氧化物层和所述氧化晶化金属层的层序列。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物层以25nm至400nm的厚度被沉积，并且所述金属层以1nm至100nm的厚度被沉积在所述金属氧化物层上。
6.如权利要求5所述的方法，其中，沉积的所述金属氧化物层的镀层厚度在50nm至200nm的范围内，并且其中，沉积的所述金属层的镀层厚度在3nm和30nm之间的范围内。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的方法，进一步包括：
在第一层序列上沉积和回火附加金属氧化物层和附加金属层，以获得在所述第一层序列上的具有附加晶化金属氧化物层和附加氧化晶化金属氧化物层的第二层序列，
其中，所述附加金属氧化物层的镀层厚度(dMOX1)大于所述附加金属层的镀层厚度(dMET1)；并且
其中，所述第一层序列和所述第二层序列具有相同的金属元素。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
重复所述的沉积和回火(120)金属氧化物层和金属层的步骤多次，以获得多个双层序列，所述双层序列具有晶化金属氧化物层和沉积于其上的氧化晶化金属层，其中，相应的所述金属氧化物层的镀层厚度大于相应的所述金属层的镀层厚度，并且其中，被沉积的层具有相同的金属元素。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述的沉积和回火的步骤被执行，以沉积晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层的两个至四个另外的双层序列。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，在每种情况下，在所述金属氧化物层或金属层的沉积之后执行回火，以获得晶化金属氧化物层和/或氧化晶化金属层。
11.如权利要求8或9所述的方法，其中，具有金属氧化物层和金属层的一个或多个层序列交替地在彼此之上沉积，并且其中，回火步骤在沉积的层上执行，以获得多个晶化金属氧化物层和多个氧化晶化金属层。
12.如权利要求1所述的方法，其中，作为产生所述晶化金属氧化物层和氧化晶化金属层的晶化工序，回火在至少600℃的温度下执行。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在所述晶化温度下的回火之前，在600℃以下的氧化温度下执行预回火，使得在所述晶化工序之前至少对沉积的所述金属层执行氧化工序。
14.如权利要求1所述的方法，其中，钽、铪、锆、钛或铝被用作被沉积的所述金属氧化物层的金属元素，其中，钽、铪、锆、钛或铝被用作被沉积的所述金属层的金属元素，并且其中，被沉积的所述金属氧化物层和被沉积的所述金属层具有相同的金属元素。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物层和所述金属层通过溅射、汽相沉积而沉积。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物层和所述金属层通过CVD过程、PVD过程或ALD过程而沉积。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体衬底上的氧化物层借助于热氧化工序获得，其中，在所述半导体衬底上提供的氧化物层具有3nm至150nm的镀层厚度。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体衬底包括n或p掺杂硅材料，并且其中，所述氧化物层包括非晶形二氧化硅材料。
19.如权利要求2所述的方法，还包括如下步骤：
在回火沉积的所述金属层的步骤之前，在最后沉积的未回火的金属层(15*)上沉积金属氧化物终止层(17)，其中，所述金属氧化物终止层(17)和所述最后沉积的未回火的金属层(15*)具有相同的金属元素。
20.如权利要求3所述的方法，还包括如下步骤：
在回火沉积的所述金属层和沉积的所述金属氧化物层的步骤之前，在最后沉积的未回火的金属层(15*)上沉积金属氧化物终止层(17)，其中，所述金属氧化物终止层(17)和所述最后沉积的未回火的金属层(15*)具有相同的金属元素。
21.如权利要求19或20所述的方法，进一步包括如下步骤：
回火所述金属氧化物终止层(17)，以获得晶化金属氧化物终止层。
22.如权利要求21所述的方法，其中，回火所述金属氧化物终止层的步骤与如权利要求2所述的回火沉积的所述金属层一起执行或与如权利要求3所述的回火沉积的所述金属层和沉积的所述金属氧化物层的步骤一起执行。
23.一种用于制造离子敏感场效应晶体管的方法，所述方法包括如下步骤：
提供具有源极区和漏极区的半导体衬底；以及
产生具有离子敏感结构的栅极区，其中，所述离子敏感结构根据权利要求1至22中的任一项所述的方法来产生。
24.一种用于制造具有离子敏感结构的光操作的离子敏感传感器的方法，其中，所述离子敏感结构根据权利要求1至22中的任一项所述的方法来产生。
25.一种具有离子敏感结构的离子敏感传感器，其中，所述离子敏感结构根据权利要求1至22中的任一项所述的方法来获得。
26.一种如权利要求25所述的离子敏感传感器，该离子敏感传感器并且被实施为ISFET元件、电容可读EIS元件或LAPS元件。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114001858B (zh) * | 2020-07-28 | 2024-04-05 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | 电容式薄膜真空计、等离子体反应装置和膜层制备方法 |
Family Cites Families (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4870855A (zh) * | 1971-12-29 | 1973-09-26 | ||
| US5288563A (en) | 1991-02-18 | 1994-02-22 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Hydrogen ion concentration sensor and lead-acid battery having the sensor |
| KR100343134B1 (ko) * | 1998-07-09 | 2002-10-25 | 삼성전자 주식회사 | 유전막형성방법 |
| US6528856B1 (en) * | 1998-12-15 | 2003-03-04 | Intel Corporation | High dielectric constant metal oxide gate dielectrics |
| US6737716B1 (en) * | 1999-01-29 | 2004-05-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2001015739A (ja) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Nec Corp | ゲート絶縁膜とその製造方法 |
| US7005695B1 (en) * | 2000-02-23 | 2006-02-28 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuitry including a capacitor with an amorphous and a crystalline high K capacitor dielectric region |
| US6677640B1 (en) * | 2000-03-01 | 2004-01-13 | Micron Technology, Inc. | Memory cell with tight coupling |
| JP2001257344A (ja) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| US6844604B2 (en) * | 2001-02-02 | 2005-01-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Dielectric layer for semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US6645882B1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-11-11 | Advanced Micro Devices, Inc. | Preparation of composite high-K/standard-K dielectrics for semiconductor devices |
| EP1436607B1 (de) * | 2002-02-11 | 2005-03-30 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Ionensensitiver feldeffekttransistor und verfahren zum herstellen eines ionensensitiven feldeffekttransistors |
| EP1583957B1 (de) * | 2002-11-14 | 2009-02-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Ionensensitiver feldeffekttransistor und verfahren zum herstellen eines ionensensitiven feldeffekttransistors |
| EP1601957B1 (de) * | 2003-03-07 | 2006-08-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Ionensensitiver feldeffekttransistor und verfahren zum herstellen eines ionensensitiven feldeffekttransistors |
| EP1706734A1 (en) | 2004-01-21 | 2006-10-04 | Rosemount Analytical Inc. | Ion sensitive field effect transistor (isfet) sensor with improved gate configuration |
| US20060062917A1 (en) * | 2004-05-21 | 2006-03-23 | Shankar Muthukrishnan | Vapor deposition of hafnium silicate materials with tris(dimethylamino)silane |
| US7897951B2 (en) * | 2007-07-26 | 2011-03-01 | Unity Semiconductor Corporation | Continuous plane of thin-film materials for a two-terminal cross-point memory |
| KR100718835B1 (ko) * | 2005-09-13 | 2007-05-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체 모스 트랜지스터와 그 제조 방법 |
| US7592251B2 (en) * | 2005-12-08 | 2009-09-22 | Micron Technology, Inc. | Hafnium tantalum titanium oxide films |
| WO2009017882A2 (en) * | 2007-06-08 | 2009-02-05 | Takulapalli Bharath R | Nano structured field effect sensor and methods of forming and using same |
| KR20090037120A (ko) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 삼성전자주식회사 | 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
| US7790591B2 (en) * | 2007-11-13 | 2010-09-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing semiconductor devices including metal oxide layers |
| US8012822B2 (en) * | 2007-12-27 | 2011-09-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for forming dielectric films |
| JP4549401B2 (ja) * | 2008-03-11 | 2010-09-22 | 富士通株式会社 | 抵抗記憶素子の製造方法 |
| US20110031986A1 (en) * | 2008-04-11 | 2011-02-10 | Navakanta Bhat | Sub-Threshold Capfet Sensor for Sensing Analyte, A Method and System Thereof |
| US8592922B2 (en) * | 2008-06-09 | 2013-11-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Transistor device and a method of manufacturing the same |
| US8969188B2 (en) * | 2008-09-26 | 2015-03-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating semiconductor devices |
| JP5336872B2 (ja) * | 2009-02-06 | 2013-11-06 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 |
| US9359666B2 (en) * | 2009-03-13 | 2016-06-07 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Rapid crystallization of heavily doped metal oxides and products produced thereby |
| DE102009002060B4 (de) * | 2009-03-31 | 2023-08-03 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Ionensensitiver Sensor mit Mehrfachschichtaufbau im sensitiven Bereich sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors |
| DE102009028486A1 (de) * | 2009-08-12 | 2011-02-17 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Ionensensitiver Sensor mit Mehrfachschichtaufbau im sensitiven Bereich |
| JP2011054708A (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Elpida Memory Inc | 絶縁膜およびその製造方法、半導体装置、ならびにデータ処理システム |
| JP5569253B2 (ja) * | 2010-08-24 | 2014-08-13 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5603193B2 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-10-08 | 株式会社日立製作所 | ガスセンサ |
| US8940388B2 (en) * | 2011-03-02 | 2015-01-27 | Micron Technology, Inc. | Insulative elements |
| US8813325B2 (en) * | 2011-04-12 | 2014-08-26 | Intermolecular, Inc. | Method for fabricating a DRAM capacitor |
| JP2012248813A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-13 | Elpida Memory Inc | ルチル結晶構造を備えた酸化チタン膜の製造方法 |
| US8288297B1 (en) * | 2011-09-01 | 2012-10-16 | Intermolecular, Inc. | Atomic layer deposition of metal oxide materials for memory applications |
| US8859382B2 (en) * | 2011-10-26 | 2014-10-14 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming metal oxide and memory cells |
| JP5882075B2 (ja) * | 2012-02-06 | 2016-03-09 | 東京エレクトロン株式会社 | キャパシタの製造方法、キャパシタ、およびそれに用いられる誘電体膜の形成方法 |
| JP5984505B2 (ja) * | 2012-05-22 | 2016-09-06 | 株式会社日立製作所 | 半導体ガスセンサおよびその製造方法 |
| TWI505468B (zh) * | 2012-12-03 | 2015-10-21 | Univ Nat Chiao Tung | 閘極堆疊結構及包含其之金屬氧化物半導體元件及閘極堆疊結構之製造方法 |
-
2013
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-
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Study of TiO2 Thin Films for Ion Sensitive Field Effect Transistor Application with RF Sputtering Deposition;Jung Chuan CHOU, et al.;《Japanese Journal of Applied Physics》;20040113;第43卷(第1期);第62-63页 * |
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